气体半导体传感器

11月10日，中国最大的传感器企业在瑞士证券交易所上市，成为中国A股首家走出去的国产传感器公司，并创造了中国半导体行业最大GDR发行等多项境外IPO记录，详请见下文。第一家走上国际市场的A股国产传感器公司！募资4.45亿美元，18年来中国半导体企业最大境外IPO！11月10日，中国最大的传感器企业、全球第三大图像传感器公司韦尔股份，成功发行全球存托凭证（下文简称“GDR”），正式在瑞士证券交易所上市，股票代码为“WILL”。GDR是指符合条件的A股上市公司，在规定海外交易所发行的股票。简单点说，就是公司不在瑞士发行新股，而是把国内股票换个“包装”拿来卖，更简单，也更省钱省力。同理，在美国以这样的形式上市，发行的证券就叫美国存托凭证。据悉，本次韦尔股份境外IPO发行的GDR数量为31,000,000份，所代表的基础证券A股股票数量为31,000,000股，最终定价为每份GDR14.35美元（约合104.72元人民币），募集资金总额约为4.45亿美元（约合32.47亿人民币）。▲来源：瑞士交易所韦尔股份成为2023年第七家在瑞士交易所上市的公司，并且也是中国A股国产传感器企业中，第一家走上国际市场的公司。据摩根大通等多家券商信息显示，本次韦尔股份境外IPO创造了多项第一：今年年初以来最大的中国科技行业公司境外IPO；中国半导体行业2005年以来最大的境外IPO；中国半导体行业最大的GDR发行。据此前公告显示，本次发行GDR的募集资金扣除发行费用后，预计将主要用于公司的核心产品和技术的研发和升级，包括收购或投资与公司核心业务互补或协同的业务、产品、服务和技术；此外，还将用于支持公司的全球扩张和补充公司营运资金。韦尔股份认为，本次境外发行全球存托凭证并上市的目的主要有三个，分别是：加强技术创新与产品研发投入、深化全球战略布局和利用资本市场支持，进一步优化股权结构和公司治理水平。韦尔股份如何成就？国际化竞争，投融资并购！中国最大传感器企业境外IPO背后，折射国产传感器企业的未来出路！在上文，韦尔股份本次境外IPO募资目的介绍中，除了产业和技术的研发外，韦尔股份还着重提到了收购/投资公司核心业务互补或协同的业务、产品；以及支持公司全球扩展等重要战略目的：作为全球知名的半导体设计公司，公司拥有广泛的全球化业务布局和客户基础，研发中心和业务网络遍布全球。国际化是公司发展的长期战略，公司将利用本次发行进一步提升国际市场知名度，加大海外市场资源投入，扩大全球市场份额。加强美国、欧洲、亚太等地区的供应链及销售体系建设；加强与全球客户和供应商的战略合作，进一步提升公司全球品牌形象；增强国际研发力量，规划布局全球化研发中心，持续加强产品研发投入，保持技术领先优势。大力引进国际化背景的管理人才和设计人才，加强人力资源建设。面向国际化竞争进行全球扩张，以及投融资并购，是国产传感器企业进一步发展的必然道路。据工信部赛迪顾问的统计数据显示，2022年全球传感器市场规模达1840.5亿美元（约合13404.9亿人民币），显然就整个传感器产业来说，这是一个庞大的市场。▲来源：赛迪顾问然而，传感器种类繁多，细分领域数不胜数，据相关资料显示，全球有超过3.2万种传感器，包含了力、热、电、光、磁、声、气体、湿度等等众多领域，以至于对传感器产业来说分类也是一件极为艰难的工作。庞大的传感器产业分布到每条细分赛道，导致许多传感器赛道产值有限，靠单一种类的传感器业务，难以支撑企业的发展壮大。同时，传感器又是一个技术门槛高、厚积薄发的高科技产业，单靠自身研发，去攻克不同的传感器领域，需要花费相当长的时间。因此，投融资及并购，成为许多传感器巨头壮大的重要发展战略。譬如美国传感器巨头精量电子（MEAS）旗下就汇聚了ICSensors，PEncoder Devices，MWS，Atex等收购回来的传感器品牌，后来自己又被另一个传感器巨头TE（泰科电子）收购，成为TE巩固其传感器地位的基石，目前TE已收购了全世界近30家传感器公司，是全球传感器产品种类较多的公司之一。▲TE公司传感器产品种类，来源：第二届传感器与应用技术大会韦尔股份也是从元器件分销开始，通过“蚂蚁吞象”的教科书式资本运作，并购了世界前列的图像传感器企业豪威科技，从而切入传感器赛道，发展为全球第三大图像传感器企业，成为中国半导体产业不可忽视的力量。也正因为传感器产业的碎片化，许多传感器赛道的产值在单一国家、单一市场是比较细小的，只有通过全球化，参与国际化竞争，才能获得更大的市场，国产传感器企业的国际化战略十分关键。全球工业观察家林雪萍也曾指出：传感器的市场是高度国际化，没有国际化市场的支撑，传感器厂家很难形成规模效应，就很难分担研发成本；而五花八门传感器的技术源头，也是广泛国际化的，只有借力不同国家聪明的工程师和科学家们，才能找到了撬开物理世界秘密的传感器钥匙。这意味着，传感器是一个市场国际化、技术国际化、极富于流动性的产业形态。但是在传感器的并购市场上，中国企业一向很难挤进去，这对于中国传感器的未来发展是一个巨大的隐患。即使中国是全球最大的市场，但细分到众多的传感器，靠单一的中国市场远远无法很好的支撑传感器企业的成长。博世、安森美、三星、索尼等企业在各自细分传感器领域，都是国际化的市场战略才能支撑其企业规模。作为中国最大的传感器企业，韦尔股份的营收大头，也是来自境外地区，据其2022年度报告显示，韦尔股份境外营收达164亿元，境内收入则为36亿元，正是深入参与国际化竞争，才能支撑韦尔股份庞大的图像传感器营收。▲韦尔股份分地区营收情况，来源：韦尔股份2022年度报告韦尔股份背后的光环：全球第九大半导体设计企业，全球第三大图像传感器企业，中国最大传感器公司，中国半导体首富据知名市场调研机构TrendForce集邦咨询统计数据显示，韦尔股份（Will Semiconductor）自2022年以来，连续进入全球IC设计TOP 10 名单内，据2023年第二季度数据显示，韦尔股份排名全球IC设计公司第九。韦尔股份是继华为海思被制裁后，唯一一家进入全球前十的中国大陆本土IC设计公司。▲来源：TrendForce韦尔股份的主要营收为CMOS图像传感器芯片设计业务，是全球COMS图像传感器三大巨头之一，据知名咨询企业Yole的2023年CMOS产业报告显示，韦尔股份（Omnivision）占据全球CIS市场份额的11%，仅次于索尼与三星电子。▲图片来源：Yole Développement据韦尔股份的2022年度报告显示，其“图像传感器解决方案”营收达136.75亿元，占总营收的69%，是中国企业中，纯传感器业务营收最高的公司，其目前市值为1300亿元，市值高峰时超过2200亿元，无论是市值还是营收，韦尔股份均是中国最大的传感器企业。此外，据10月份刚刚发布的《2023胡润百富榜》显示，韦尔股份创始人虞仁荣以445亿元的身家，排名中国富豪榜第102名，同时也是中国半导体产业首富。相关信息参看《445亿，他再次成为中国传感器首富！》▲韦尔股份虞仁荣，来源：网络结语作为中国最大的传感器企业，韦尔股份的壮大历程，折射出国产传感器企业重要的发展战略：投融资并购、国际化竞争。通过并购，韦尔股份收购了豪威科技，切入CMOS图像传感器赛道，通过国际化竞争，韦尔股份发展成为全球第三大图像传感器企业，其境外收入是企业主要营收来源。本次韦尔股份境外IPO，成为首家走进国际市场的A股国产传感器企业，也是其国际化战略的重要贯彻。对于传感器这样高科技门槛、高度碎片化的产业，天然具有并购、国际化的需求，通过并购破除不同传感器赛道的壁垒，通过国际化攫取更大的市场。期待，未来越来越多的中国传感器企业参与国际化竞争！

所谓气体传感器，是指用于探测在一定区域范围内是否存在特定气体和/或能连续测量气体成分浓度的传感器。在煤矿、石油、化工、市政、医疗、交通运输、家庭等安全防护方面，气体传感器常用于探测可燃、易燃、有毒气体的浓度或其存在与否，或氧气的消耗量等。气体传感器主要用于针对某种特定气体进行检测，测量该气体在传感器附近是否存在，或在传感器附近空气中的含量。因此，在安全系统中，气体传感器通常都是不可或缺的。从工作原理、特性分析到测量技术，从所用材料到制造工艺，从检测对象到应用领域，都可以构成独立的分类标准，衍生出一个个纷繁庞杂的分类体系，尤其在分类标准的问题上目前还没有统一，要对其进行严格的系统分类难度颇大。气体传感器的分类从检测气体种类上，通常分为可燃气体传感器（常采用催化燃烧式、红外、热导、半导体式）、有毒气体传感器（一般采用电化学、金属半导 体、光离子化、火焰离子化式）、有害气体传感器（常采用红外、紫外等）、氧气（常采用顺磁式、氧化锆式）等其它类传感器。从使用方法上，通常分为便携式气体传感器和固定式气体传感器。从获得气体样品的方式上，通常分为扩散式气体传感器（即传感器直接安装在被测对象环境中，实测气体通过自然扩散与传感器检测元件直接接触）、吸入式气体传感器（是指通过使 用吸气泵等手段，将待测气体引入传感器检测元件中进行检测。根据对被测气体是否稀释，又可细分为完全吸入式和稀释式等）。从分析气体组成上，通常分为单一式气体传感器（仅对特定气体进行检测）和复合式气体传感器（对多种气体成分进行同时检测）。按传感器检测原理，通常分为热学式气体传感器、电化学式气体传感器、磁学式气体传感器、光学式气体传感器、半导体式气体传感器、气相色谱式气体传感器等。先来了解一下气体传感器的特性：1、稳定性稳定性是指传感器在整个工作时间内基本响应的稳定性，取决于零点漂移和区间漂移。零点漂移是指在没有目标气体时，整个工作时间内传感器输出响应的变化。区间漂移是指传感器连续置于目标气体中的输出响应变化，表现为传感器输出信号在工作时间内的降低。理想情况下，一个传感器在连续工作条件下，每年零点漂移小于10%。2、灵敏度灵敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化量之比，主要依赖于传感器结构所使用的技术。大多数气体传感器的设计原理都采用生物化学、电化学、物理和光学。首先要考虑的是选择一种敏感技术，它对目标气体的阀限制或爆炸限的百分比的检测要有足够的灵敏性。3、选择性选择性也被称为交叉灵敏度。可以通过测量由某一种浓度的干扰气体所产生的传感器响应来确定。这个响应等价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响应。这种特性在追踪多种气体的应用中是非常重要的，因为交叉灵敏度会降低测量的重复性和可靠性，理想传感器应具有高灵敏度和高选择性。4、抗腐蚀性抗腐蚀性是指传感器暴露于高体积分数目标气体中的能力。在气体大量泄漏时，探头应能够承受期望气体体积分数10~20倍。在返回正常工作条件下，传感器漂移和零点校正值应尽可能小。气体传感器的基本特征，即灵敏度、选择性以及稳定性等，主要通过材料的选择来确定。选择适当的材料和开发新材料，使气体传感器的敏感特性达到优。接下来是关于不同气体传感器的检测原理、特点和用途：一、半导体式气体传感器根据由金属氧化物或金属半导体氧化物材料制成的检测元件，与气体相互作用时产生表面吸附或反应，引起载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化而进行气体浓度测量的。从作用机理上可分为表面控制型（采用气体吸附于半导体表面而产生电导率变化的敏感元件）、表面电位型（采用 半导体吸附气体后产生表面电位或界面电位变化的气体敏感元件）、体积控制型（基于半导体与气体发生反应时体积发生变化，从而产生电导率变化的工作原理） 等。可以检测百分比浓度的可燃气体，也可检测ppm级的有毒有害气体。优点：结构简单、价格低廉、检测灵敏度高、反应速度快等。不足：测量线性 范围较小，受背景气体干扰较大，易受环境温度影响等。二、固体电解质气体传感器固体电解质是一种具有与电解质水溶液相同的离子导电特性的固态物质，当用作气体传感器时，它是一种电池。它无需使气体经过透气膜溶于电解液中，可以避免溶液蒸发和电极消耗等问题。由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，几乎在石化、环保、矿业、食品等各个领域都得到了广泛的应用，其重要性仅次于金属—氧化物一半导体气体传感器。这种传感器介于半导体气体传感器和电化学气体传感器之间，选择性、灵敏度高于半导体气体传感器，寿命长于电化学气体传感器，因此得到广泛应用。这种传感器的不足之处是响应时间过长。三、催化燃烧式气体传感器这种传感器实际上是基于铂电阻温度传感器的一种气体传感器，即在铂电阻表面制备耐高温催化剂层，在一定温度下，可燃气体在表面催化燃烧，因此铂电阻温度升高，导致电阻的阻值变化。由于催化燃烧式气体传感器铂电阻外通常由多孔陶瓷构成陶瓷珠包裹，因此这种传感器通常也被称为催化珠气体传感器。理论上这种传感器可以检测所有可以燃烧的气体，但实际应用中有很多例外。这种传感器通常可以用于检测空气中的甲烷、LPG、丙酮等可燃气体。四、电化学气体传感器电化学气体传感器是把测量对象气体在电极处氧化或还原而测电流，得出对象气体浓度的探测器。包含原电池型气体传感器、恒定电位电解池型气体传感器、浓差电池型气体传感器和极限电流型气体传感器。1、原电池型气体传感器（也称：加伏尼电池型气体传感器，也有称燃料电池型气体传感器，也有称自发电池型气体传感器），他们的原理行同我们用的干电池，只是，电池的碳锰电极被气体电极替代了。以氧气传感器为例，氧在阴极被还原，电子通过电流表流到阳极，在那里铅金属被氧化。电流的大小与氧气的浓度直接相关。这种传感器可以有效地检测氧气、二氧化硫等。2、恒定电位电解池型气体传感器，这种传感器用于检测还原性气体非常有效，它的原理与原电池型传感器不一样，它的电化学反应是在电流强制下发生的，是一种真正的库仑分析（根据电解过程中消耗的电量，由法拉第定律来确定被测物质含量）传感器。这种传感器用于：一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等气体的检测之中，是目前有毒有害气体检测的主流传感器。3、浓差电池型气体传感器，具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧，会自发形成浓差电动势，电动势的大小与气体的浓度有关，这种传感器实例就是汽车用氧气传感器、固体电解质型二氧化碳传感器。4、极限电流型气体传感器，有一种测量氧气浓度的传感器利用电化池中的极限电流与载流子浓度相关的原理制备氧（气）浓度传感器，用于汽车的氧气检测，和钢水中氧浓度检测。主要优点：体积小，功耗小，线性和重复性较好，分辨率一般可以达到0.1ppm，寿命较长。主要不足：易受干扰，灵敏度受温度变化影响较大。五、PID——光离子化气体传感器PID由紫外光源和气室构成。紫外发光原理与日光灯管相同，只是频率高，能量大。被测气体到达气室后，被紫外灯发射的紫外光电离产生电荷流，气体浓度和电荷流的大小正相关，测量电荷流即可测得气体浓度。可以检测从10ppb到较高浓度的10000ppm的挥发性有机物和其他有毒气体。许多有害物质都含有挥发性有机化合物，PID对挥发性有机化合物灵敏度很高。六、热学式气体传感器热学式气体传感器主要有热导式和热化学式两大类。热导式是利用气体的热导率，通过对其中热敏元件电阻的变化来测量一种或几种气体组分浓度的。其在工业界的应用已有几十年的历史，其仪表类型较多，能分析的气体也较广泛。热化学式是基于被分析气体化学反应的热效应，其中广泛应用的是气体的氧化反应（即燃烧），其典型为催化燃烧式气体传感器，其主要工作原理是在一定温度下，一些金属氧化物半导体材料的电导率会跟随环境气体的成份变化而变化。其关键部件为涂有燃烧催化剂的惠斯通电桥，主要用于检测可燃气体，如煤气发生站、制气厂用来分析空气中的CO、H2 、C2H2等可燃气体，采煤矿井用于分析坑道中的CH4含量，石油开采船只分析现场漏泄的甲烷含量，燃料及化工原料保管仓库或原料车间分析空气中的石油蒸 气、酒精乙醚蒸气等。七、红外气体传感器一个完整的红外气体传感器由红外光源、光学腔体、红外探测器和信号调理电路构成。这种传感器利用气体对特定频率的红外光谱的吸收作用制成。红外光从发射端射向接收端，当有气体时，对红外光产生吸收，接收到的红外光就会减少，从而检测出气体含量。目前较先进的红外式采用双波长、双接收器，使检测更准确、可靠。优点：选择性好，只检测特定波长的气体，可以根据气体定制；采用光学检测方式，不易受有害气体的影响而中毒、老化；响应速度快、稳定性好；利用物理特性，没有化学反应，防爆性好；信噪比高，抗干扰能力强；使用寿命长；测量精度高。缺点：测量范围窄；怕灰尘、潮湿，现场环境要好，需要定期对反射镜面上的灰尘进行清洁维护；现场有气流时无法检测；价格较高。八、磁学式气体分析传感器在磁学式气体分析传感器中，常见的是利用氧气的高磁化特性来测量氧气浓度的磁性氧量分析传感器，利用的是空气中的氧气可以被强磁场吸引的原理。其氧量的测量范围宽，是一种十分有效的氧量测量传感器。常用的有热磁对流式氧量分析传感器（按构成方式不同，又可细分为测速热磁式、压力平衡热磁式）和磁力机械式氧量分析传感器。主要用途：用于氧气的检测，选择性极好，是磁性氧气分析仪的核心。其典型应用场合有化肥生 产、深冷空气分离、火电站燃烧系统、天然气制乙炔等工业生产中氧的控制和连锁，废气、尾气、烟气等排放的环保监测等。九、气相色谱式分析仪基于色谱分离技术和检测技术，分离并测定气样中各组分浓度，因此是全分析传感器。在发电厂锅炉试验中，已有应用。工作时，从进样装置定期采取一定容积的气样，在流量一定的纯净载气（即流动相）携带下，流经色谱柱，色谱柱中装有称为固定相的固体或液体，利用固定相对气样各组分的吸收或溶解能力的不同，使各组分在两相中反复进行分配，从而使各组分分离，并按时间先后流出色谱柱进入检测器进行定量测定。根据检测原理，气相色谱式分析仪又细分为浓度型检测器和质量型检测器两种。浓度型检测器测量的是气体中某组分浓度瞬间的变化，即检测器的响应值和组分的浓度成正比。质量型检测器测量的是气体中某组分进入检测器的速度变化，即检测器的响应值和单位时间进入检测器某组分的量成正比。常用的检测器有TCD热导检测器、FLD氢火焰离子化检测器、HCD电子捕获检测器、FPD火焰光度检测器等。优点：灵敏度高，适合于微量和痕量分析，能分析复杂的多相分气体。不足：定期取样不能实现连续进样分析，系统较为复杂，多用于 试验室分析用，不太适合工业现场气体监测。十、其他气体传感器1.超声波气体探测器这种气体探测器比较特殊，其原理是当气体通过很小的泄漏孔从高压端向低压端泄漏时，就会形成湍流，产生振动。典型的湍流气流会在差压高于0.2MPa时变成因素，超过0.2MPa就会产生超声波。湍流分子互相碰撞产生热能和振动。热能快速分散，但振动会被传送到相当远的距离。超声波探测器就是通过接收超声波判断是否有空气泄漏。这类探测器通常用于石油和天然气平台、发电厂燃气轮机、压缩机以及其它户外管道。2.磁氧分析仪这种气体分析仪是基于氧气的磁化率远大于其他气体磁化率这一物理现象，测量混合气体中氧气的一种物理气体分析设备。这种设备适合自动检测各种工业气体中的氧气含量，只能用于氧气检测，选择性极好。

新一代MEMS传感器将为智能手机、消费类智能产品、医疗保健和零售终端在性能和功能方面带来又一次飞跃。 　　MEMS技术是强大的运动、环境等微型传感器的基石，这些传感器为当今的智能手机和可穿戴设备提供了直观的情境感知功能。现在，意法半导体的新一代MEMS技术将传感器性能提升到了新的高度，超越了现有市售产品在输出精度和功耗方面的技术限制。新一代MEMS传感器可以为活动检测、室内导航和精密工业传感等应用提供业界最高的精度。同时，它们还可以保持较低的功耗以延长运行时间。 　　部分MEMS产品具有的额外功能包括意法半导体的机器学习内核(MLC)和静电传感。MLC为以极低功耗运行的边缘应用带来了自适应的机器学习功能。电荷变化(QVAR)感应通道通过智能手表或健身手环中与身体接触或非接触式感应(雷达)来监测静电电荷的变化。带有QVAR的意法半导体MEMS传感器可以增强用户界面控制，以确保无缝交互，或简化湿度和冷凝检测。雷达模式应用包括人员存在检测、活动监控以及人员计数。 　　意法半导体MEMS营销总监Simone Ferri表示：“开创性的新一代产品基于意法半导体在MEMS专业知识和工艺技术方面的广泛投入和历史积累。除了彻底革新传感器的性能，我们还通过可选的静电传感和机器学习来进一步扩展它们的功能。由此提供了为Onlife时代做好准备的新一代MEMS传感器，通过始终存在、始终在线以及始终连接，使智能生活更透明、更顺畅。” 　　此次推出的新一代传感器包括LPS22DF和LPS28DFW(防水)大气压力传感器，其工作电流为1.7 µA，绝对压力精度为0.5 hPa。LPS28DFW具有双满量程功能，能够在水下和水上提供精确的垂直定位。其满量程范围可选择最大1260 hPa或4060 hPa，相当于约30 m深度处的水压。这两款传感器可以提高便携式设备和可穿戴设备(包括运动手表)的高度计和气压计性能。典型的工业应用包括天气监测和精确水深传感等。 　　新款三轴MEMS加速度计LIS2DU12，专门用于构建具有主动抗混叠功能的超低功耗架构。其抗混叠滤波器的电流消耗是市场上较低的。LIS2DU12在100 Hz输出数据速率(ODR)下电流消耗仅3.5 µA，也是第一款带I3C接口的市售MEMS加速度计。所有这些功能都集成在最小的2.0 mm x 2.0 mm x 0.74 mm封装中。这款加速度计非常适用于可穿戴设备、助听器、真无线立体声(TWS)耳机、无线传感器节点以及任何必须进行系统优化的应用。 　　新款6轴iNEMO惯性模块LSM6DSV16X包含QVAR静电传感，以及MLC和有限状态机(FSM)，可增强响应并节省电源，其工作电流可低至12 µA。新的FSM可实现自适应自配置(ASC)，由此，该6轴MEMS器件可以感知情境，并在不唤醒系统的情况下自行重新配置，从而实现显著的额外节能效果。这款产品即将投入量产，已在一种静电雷达应用中进行了演示，用于用户检测以加速唤醒笔记本电脑。 　　新款压力传感器LPS22DF提供2.0 mm x 2.0 mm x 0.73 mm 10-lead LGA封装(eStore有售)，LPS28DFW提供2.8 mm x 2.8 mm x 1.95 mm 7-lead LGA封装(eStore提供免费送样)，这两款产品目前已在量产，可通过分销商采购，售价1.90美元起。LIS2DU12和LSM6DSV16X计划于2022年晚些时候推出。